某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所示。大轮与小轮通过皮…——2023 高考物理第 9 题答案解析

2023_湖南卷 (2023·物理)

2023 全国 第 9 题 多选题 区分题
2023_湖南卷 (2023·物理)

9. 某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑),半径之比为$4: 1$ ,小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为 $L$ 的正方形,共 $n$ 匝,总阻值为$R$ 。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为 $B$ 的匀强磁场。大轮以角速度 $\omega$ 匀速转动,带动小轮及线圈绕转轴转动,转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为 $R$ 的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是

A. 线圈转动的角速度为 $4 \omega$
B. 灯泡两端电压有效值为 $3 \sqrt{2} n B L^{2} \omega$
C. 若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为 $L$ 的多匝正方形线圈,则灯泡两端电压有效值为 $\frac{4 \sqrt{2} n B L^{2} \omega}{3}$
D. 若仅将小轮半径变为原来的两倍,则灯泡变得更亮
参考答案AC

完整解析 · 逐步详解

【答案】AC
【解析】

【详解】A.大轮和小轮通过皮带传动,线速度相等,小轮和线圈同轴转动,角速度相等,根据
$$ v=\omega r $$
根据题意可知大轮与小轮半径之比为4:1,则小轮转动的角速度为 $4 \omega$ ,线圈转动的角速度为 $4 \omega$ ,A 正确;
B. 线圈产生感应电动势的最大值

$$ E_{\max }=n B S \cdot 4 \omega $$

$$ S=L^{2} $$

联立可得

$$ E_{\max }=4 n B L^{2} \omega $$

则线圈产生感应电动势的有效值

$$
E=\frac{E_{\max }}{\sqrt{2}}=2 \sqrt{2} n B L^{2} \omega

$$ 根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为 $$
U=\frac{R E}{R+R}=\sqrt{2} n B L^{2} \omega
$$ B 错误; C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为 $L$ 的多匝正方形线圈,则线圈的匝数变为原来的2倍,线圈产生感应电动势的最大值 $$
E_{\max }^{\prime}=8 n B L^{2} \omega
$$ 此时线圈产生感应电动势的有效值 $$
E^{\prime}=\frac{E_{\max }^{\prime}}{\sqrt{2}}=4 \sqrt{2} n B L^{2} \omega
$$ 根据电阻定律 $$
R^{\prime}=\rho \frac{l}{S^{\prime}}
$$ 可知线圈电阻变为原来的2倍,即为2 $R$ ,根据串联电路分压原理可得灯泡两端电压有效值 $$
U^{\prime}=\frac{R E^{\prime}}{R+2 R}=\frac{4 \sqrt{2} n B L^{2} \omega}{3}
$$ C 正确; D.若仅将小轮半径变为原来的两倍,根据 $v=\omega r$ 可知小轮和线圈的角速度变小,根据 $$
E=\frac{n B S \omega}{\sqrt{2}}
$$

可知线圈产生的感应电动势有效值变小,则灯泡变暗,D 错误。

故选 AC。

后面还有完整推导
免费注册即可看完这道题的全部步骤,并解锁同考点的易错点归纳。
免费注册看完整解析
✅ 来源:2023年 · 全国 · 2023_湖南卷 (2023·物理) · 第 9 题 · 本题已通过人工审核与系统自动校验

再练一道 · 同类压轴题

2024 区分题 · 2024_新课标卷 (2024·物理)
电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转,在…
2023 区分题 · 2023_江苏卷 (2023·物理)
"转碟"是传统的杂技项目,如图所示,质量为 m 的发光物体放在半径为 r 的碟子边缘,杂技演员…

同类专题与考点

交变电流的产生与描述高考真题 运动过程分析高考真题 有效值与峰值混淆易错题隐含条件忽略易错题

返回上层

物理全部真题2023年物理真题全国物理真题查看原卷:2023_湖南卷 (2023·物理)